Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Принятый сигнал как функция времени описывается выражением Если предположить, что отражатели, как это обычно бывает, независ~1т1ы, то мощность принятого сигнала будет равна г' (1) == '~~ а,' ~ з (1 — т,.) ~'. (5 54) ! Перепишем это выражение в недискретизованной форме и Здесь и далее предполагается, что минимально допустимый входной уровень ЛЦП устанавливается по уровню шума и соответствует величине 6/д= 1, при которой соотношение между уровнями теплового шума приемника и шума квантования становится вполне приемлемым. тде С(т) — плотность ЭПР (т. е. величина ЭПР на единицу расстояния).
Если фун..иия С(т) постоянна и равна Сш а з(~)— импульс длительности Т ~и амплитуды А, то г'(1) =:А'ТСо Величина мощности шума в и 1л1се сигнала [Г равна УоК, где У,— спектральная плотность мощности шума (постоянная в пре- делах полосы сигнала). Следовательно, динамический диапазон равен т. е. произведению мощности сигнала, отнесенной к единичному интервалу ~времени, ~на длительность сигнала, деленному на произведение мощности шума, отнесенной к единичной полосе, на ширину полосы сигнала. Поэтому требуемое число разрядов АЦП равно Отметим, что при увеличении энергии сигнала требуемое число разрядов возрастает, так как амплитуда при|нятого сигнала будет увеличиваться (в том числе за счет наложения большого числа эхо-сигналов). Но с увеличением полосы сигнала требуемое число разрядов уменьшается, поскольку уровень шума п~р~и этом возрастает, а величина о/д поддерживается на постоянном уровне, равном 1.
Использование модели отражения с постоянной плотностью ЭПР С(т) позволило легко вычислить мощность принятого сигнала (5.55) и затем с помощью соотношения (5.57) проанализировать некоторые взаимосвязи. В общем случае для каждой конкретной системы с учетом возможной целевой обстановки нужно ввести свою модель отражения С(т) и определить требуемое число разрядов АЦП.
Подобное моделирование работы радиолокатора проводилось неоднократно и показало, что для полос сигналов 10 — 50 МГц требуемая разрядность АЦП обычно составляет 8— 12 бит. Рассмотрим подробнес некоторые из предположений, использовавшихся выше при анализе разрядности АЦП. Прежде всего предполагалось, что минимальный шаг квантования АЦП равен среднему квадратическому значению входного шума, т.
е. о/д=1. Возникает вопрос, следует ли выб~ирать его таким же при наличии помех от местных предметов. При уменьшении этого отношения шум не будет превышать одного шага квантования, поэтому, если на одном ~и том же интервале кро~ме помех от местных предметов будет принят эхо-сигнал низкого уровня (до сжатия более слабый, чем шум), то часть энергии (или даже вся энергия) этого эхо-сигнала будет потеряна. Таким образом, ~важно, чтобы независимо от уровня помех от местных предметов флуктуац|ии шума 343 Применение ЦОС в радиолокации 349 7 лава 5 выходили за пределы по крайней мере одного уровня квантования. Отметим также, что если шум будет флуктуи~ровать в пределах большего числа уровней квантования, то это приведет к сокращению динамического диапазона.
В предыдущем разделе уже было показано, что выбор о/д=1 приводит к небольшому ухудшению отношения сигнал/шум, но при проектировании радиолокационной системы приходится учитывать даже эти незначительные потери. Еще одним параметром, входящим в отношение о/0, является уровень шума о. В некоторых радиолокационных системах для сокращения требуемого динамического диапазона вводят дополнительный аддитивный шум. Это оказывается возможным лишь прои достаточно большом отношении сигнал/шум, так как при таком методе сокращения динамического диапазона оно понижается.
Однако во многих случаях отношение с|игнал/шум оказывается достаточно большим, поэтому метод введения аддитивного шума вполне может быть использован (и он уже неоднократно использовался) на практике. 5.8.3. Характеристики современных АЦП В радиолокационных системах обычно используются широкополосные сигналы (от 1 до 100 МГц), причем условия, в которых эти системы работают, требуют большого динамического диапазона (превышающего возможности 8-разрядного ЛЦП).
Следовательно, к характеристикам ЛЦП предъявляются очень высокие 10 $ в к~ С~ ,$ 4 с~ с~ 0 70 ~аа чаапоп~а ооеобрто8аиия к /0 спооа/с / Рис. 5.41. Уровень развития (на 1976 г.) серийно выпускаемых АЦП. требования, поэтому целесообразно привести характеристики обычно используемых АЦП (на 1976 г.). Он~и представлены на рис. 5.41. Специализированные АЦП, разработанные для конкретных применений, не учитывались; представлены только серийно выпускаемые АЦП. 5,9. Радиолокаторы с селекцией движущихся целей В ряде случаев, в частности в радиолокаторах управления воздушными полетами, очень полезной оказалась идея селекции движущихся целей (СДЦ).
Наличие доплеровского смещен~ия частоты позволяет отделить движущи~еся цели от стационарных объектов, поэтому, выполнив соответствующую обработку, можно выделить цели, скрытые помехами от местных предметов (интерферирующими с сигналам), которые могут быть на несколько порядков интенсивнее полезного сигнала.
В аэродромных,радиолокаторах кругового обзора помехи создаются главным образом за счет отражений от Земли и от метеообразований. К счастью, спектр помех от местных предметов сконцентрирован около .нулевой частоты, поэтому, воспользовавшись фильтрами, имеющими хорошую избирательность и настроенными на доплеровские частоты целей, можно выделить эхо-с~игналы, одно~временно подавив помехи от местных предметов. В действительности спектр этих помех будет зан~имать некоторую область частот, примыкающую к нулевой частоте, поскольку он расширяется вследствие движения антенны (если в локаторе используется вращающая антенна), а также за счет ветра и дождевых облаков.
Поэтому на практике |вводят некоторые предположения относительно энергетического спектра помех от местных предметов, которые используются затем при проекти~ровании эффективного устройства обработки радиолокатора, обеспечивающего СДЦ. Н~иже будет сначала рассмотрена простая методика построения,подавителя, устр,аняющего местные помехи, а затем будут описаны структуры оптимального и подоптимального подавителей.
5.9.1. Подавители местных помех Ввиду характерной для функции неопределенности одиночного ЛЧМ-импульса взаимосвязи между дальностью и доплеровским смещением (см. разд. 5.4.2) для обеспечения доплеровской фильтрации приходится использовать пачку импульсов, учитывая, конечно, возникающую при этом возможность неоднозначного измерения дальности и скорости. Как уже отмечалось выше, пачка имеет периодический доплеровский спектр с периодом, равным частоте повторения импульсов в пачке. Расчет фильтра для подавления местных помех сводится к расчету цифрового КИХ-фильтра с полосами непропускания для подавления спектральных компонент,местных по~мех.
Если предположить, что все помехи сконцентрированы только на нулевой частоте, то значения помех для каждой дальностной полосы будут постоянными, и помехи можно устранить, если вычислять разности между отсчетами, полученныьти на последовательных периодах повторения. Такой простейший фильтр называется д~вухимпульсным подавителе~м. Его Применение ЦОС в радиолокации 344 Глава 5 блок-схема изображена на рис.
5.42. Если считать, что схема задержки на Л является схемой единичной задержки, и найти г-преобразования входной и выходной последовательностей, то передаточная функция двухимпульсного подавителя окажется равной (1 — г — '). Это означает, что двухимпульсный подавитель пред- ВкаВ Вькад Рис. 5.42. Двухимпульсный подавитель помех от местных предметов. ставляет собой цифровой двухточечный КИХ-фильтр с амплитудно-частотной характеристикой аида з1п (в/2), которая изображена на рис. 5.43 (значения частоты нормированы относительно частоты повторения импульсов в пачке). Нуль характеристики в точке в=0 соответствует полному подавлению, постоянной составляющей помех от местных предметов. Рис.
5.43. Частотные характеристики двухимпульсного и трехимпульсного пода- вителей. На практике энергетический спектр местных помех зани~мает некоторую частотную полосу, прилегающую к нулевой частоте. При этом двухимпульсный пода~витель ~не будет обеспечивать полного устранения местных помех, хотя и ослабит низкочастотные составляющие. Если последовательно с первым двухимпульсным подавителем включить еще один, то получится трехимпульсный подавитель, который будет представлять собой КИХ-фильтр с передаточной функцией (0,5+я — '+0,5г — ~) . Особенностью трехимпульсного подавителя является то, что он в большей степени ослабляет низкочастотные составляющие спектра, так как его амплитудно-частотная характеристика (пунктирная линия на рис. 5.43) имеет вид з1п~(в/2).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
